Композиция для приготовления забоечного материала для изоляции заряда взрывчатых веществ Российский патент 2024 года по МПК C09K8/467 C04B28/02 F42D5/45 F42D1/24 

Заявляемое изобретение относится к взрывным работам в горной промышленности при закрытом способе добычи, в частности, к способам и устройствам для взрывания, а именно забоечному материалу для изоляции заряда взрывчатых веществ.

В настоящее время основная масса горных выработок на шахтах осуществляется буровзрывным способом, при котором необходимо создать сопротивление продуктам взрыва в наиболее ослабленном месте взрываемой среды, чтобы обеспечить условие эффективного использования энергии взрыва. Для этих целей применяется забойка, представляющая собой процесс заполнения свободной части зарядной полости (шпура, скважины или камеры) инертным забоечным материалом, препятствующим при взрыве преждевременному вылету из нее продуктов взрыва, продуктов детонации и повышающим за счет этого эффективность работы взрыва. Величина сопротивления забойки зависит от ее величины и характеристики забоечного материала. Взрывные работы без забойки приводят к увеличенным потерям энергии взрыва, снижению качества дробления и повышению дальности разлёта кусков горной массы через устье скважины. Наибольшее сопротивление выталкивающему действию продуктов детонации оказывают сыпучие материалы, обладающие достаточно высокой плотностью, сжимаемостью и высоким коэффициентом внутреннего трения, а также пластичные, жидкие и быстротвердеющие вещества и смеси. Однако практика использования в качестве забойки песчано-глиняных пыжей или полиэтиленовых ампул с водой демонстрирует несовершенство этих технологий, требует разработки более современных решений.

Из уровня техники известен состав твердеющей смести, включающий природный ангидрит, алюмокалиевые квасцы, лигносульфонаты, воду и доломитовую пыль при следующем соотношении компонентов, масс. %: доломитовая пыль 25,7 - 27,5, лигносульфонаты 4,8 - 8,5, вода 11,4 - 13,8, алюмокалиевые квасцы 9,5 - 11,5, природный ангидрит фракции 0,4 - 1,0 мм остальное. Патент РФ № RU2018694C1, МПК E21F 15/00, E21D 21/00, опубликован 30.08.1994.

Из уровня техники известно решение, выбранное в качестве ближайшего аналога, представляющее собой расширяющийся тампонажный раствор для тампонажа закрепного пространства шахтных стволов калийных рудников, содержащий цемент и жидкость затворения. В качестве цемента раствор содержит сульфатостойкий портландцемент, в качестве жидкости затворения - водно-солевой раствор и дополнительно добавку пластифицирующую и уплотняющую, регулирующую сроки твердения - 15%-ный раствор лигносульфонатов, добавки, увеличивающие водостойкость и плотность, золу-унос, жидкое стекло и хлористый кальций, расширяющие добавки - полуводный гипс и негашеную известь при следующем соотношении компонентов, вес. %: сульфатостойкий портландцемент 79,0-81,0, 15%-ный раствор лигносульфонатов 1,0-1,8, зола-унос 7,0-8,0, жидкое стекло 2,6-3,4, хлористый кальций 1,5-2,5, полуводный гипс 2,0-2,8, негашеная известь 3,0-4,0. Указанная жидкость затворения используется в количестве, соответствующем получению водоцементного отношения В/Ц=0,55. Патент РФ № RU2222688C2, МПК E21B 33/138, E21D 5/04, опубликован 27.01.2004

Задачей заявленного технического решения является разработка композиции для приготовления забоечного материала для изоляции заряда взрывчатых веществ, обеспечивающей высокую прочность забоечного материала на сжатие и изгиб, полноту детонации взрывчатого вещества, продолжительность импульса взрыва и степень использования энергии взрыва, а также предотвращающей опасный разброс кусков породы газами взрыва.

Технический результат заявляемого решения заключается в повышении эффективности запирания заряда взрывчатых веществ и изоляции продуктов детонации в выработке, а также удобстве использования.

Повышение эффективности запирания заряда взрывчатых веществ и изоляции продуктов детонации в выработке достигается, в частности, увеличением прочности на сжатие и адгезии забоечного материала к стенкам скважины.

Повышение удобства использования достигается, в частности, повышением скорости схватывания забоечного материала.

Заявленный технический результат достигается за счет того, что композиция для приготовления забоечного материала для изоляции заряда взрывчатых веществ, содержит заполнитель, цемент, суперпластификатор, золошлаковый материал, эфир целлюлозы, редиспергируемый полимерный порошок, ускоряющую схватывание добавку, при следующем соотношении компонентов, масс. %: заполнитель 40-50, цемент 40-50, суперпластификатор 0,1-0,3, золошлаковый материал 2-10, эфир целлюлозы 0,1-0,4, редиспергируемый полимерный порошок 0,1-0,5, ускоряющая схватывание добавка 0,3-2,0, при этом суперпластификатор представляет собой поликарбоксилатный суперпластификатор, а золошлаковый материал представляет собой материал или смесь материалов, выбранных из группы, включающей золу-уноса, шлак.

В контексте заявляемого решения вместо термина «выработка» могут также использоваться термины «шпур», «скважина», «канал».

Эффективность запирания заряда взрывчатых веществ и изоляция продуктов их детонации в выработке влияет на эффективность разрушения, в частности, на полноту детонации взрывчатого вещества и равномерность дробления горного массива. Увеличение прочности на сжатие затвердевшего забоечного материала, скорости его схватывания, а также адгезии к стенкам скважины позволяет эффективно задерживать продукты детонации взрывчатых веществ, в частности, газообразные продукты взрыва, что создает область повышенного давления в шпуре, способствуя разрушению и дроблению горной породы. Для специалиста в данной области техники понятно, что чем выше прочность забоечного материала и его адгезия к стенкам скважины, тем эффективнее запирание заряда взрывчатых веществ в шпуре, изоляция продуктов детонации в шпуре, выше полнота детонации и продолжительность импульса взрыва и, следовательно, степень использования энергии взрыва, что также предотвращает опасный разброс кусков разрушенной породы газообразными продуктами взрыва.

Заявляемая композиция для приготовления забоечного материала для изоляции заряда взрывчатых веществ содержит заполнитель в количестве 40-50 масс. %, обеспечивающий объем, основную жесткость и прочность забоечного материала, а также уменьшение усадки затвердевшего материала при высыхании, что снижает трещинообразование и повышает прочность забоечного материала, тем самым обеспечивая высокую эффективность запирания заряда взрывчатых веществ и изоляцию продуктов детонации в шпуре. Заполнитель в составе композиции после твердения материала воспринимает на себя возникающие при усадке напряжения, а также напряжения от внешнего воздействия, в частности при взрыве заряда в шпуре. При уменьшении количества заполнителя менее 40 масс. % снижаются прочностные характеристики забоечного материала, что повышает его склонность к растрескиванию за счет повышения степени усадки материала при высыхании, приводящей к его деформации и возникновению трещин, что снижает эффективность запирания заряда взрывчатых веществ и изоляцию продуктов детонации в выработке, уменьшая полноту детонации. При увлечении количества заполнителя более 50 масс. % прочность материала забойки также уменьшается, так как при постоянном количестве вяжущего компонента - цемента, ухудшается сцепление частиц заполнителя между собой, так как при большом их количестве снижается степень их обволакивания вяжущим веществом, в результате чего в монолитном материале образуются слабые места из скоплений частиц заполнителя не покрытых цементом, что снижает прочность материала забойки, уменьшает его сопротивляемость ударной нагрузке и повышает риск трещинообразования, тем самым снижая эффективность запирания заряда взрывчатых веществ и изоляции продуктов детонации в выработке.

В предпочтительных вариантах заполнитель представляет собой материал или смесь материалов, выбранных из группы, включающей песок, молотый мрамор, молотый известняк, молотый доломит, что дополнительно повышает эффективность запирания заряда взрывчатых веществ и изоляции продуктов детонации. В некоторых частных вариантах заполнитель может представлять собой песок, что упрощает и улучшает обволакивание его частиц цементом из-за малых размеров, в отличие от использования более крупного заполнителя, например, щебня, что повышает пластичность и однородность материала, позволяя более равномерно распределяться нагрузке по материалу при детонации взрывчатых веществ, тем самым дополнительно повышая полноту детонации и эффективность запирания заряда взрывчатых веществ в выработке. Кроме того, предпочтительное использование песка снижает усадку материала, а также улучшает сцепление материала забойки с стенками шпура, заполняя различные трещины, для дополнительного повышения эффективности запирания заряда взрывчатых веществ и изоляции продуктов детонации в шпуре. В некоторых предпочтительных вариантах возможно использование в составе композиции материала, выбранного из группы, включающей также молотый мрамор, молотый известняк, молотый доломит, без снижения прочностных характеристик получаемого забоечного материала. Предпочтительное использование молотого мрамора, молотого доломита также дополнительно повышает прочность материала, молотого известняка - удобство использования композиции за счет повышения мягкости материала при смачивании и заполнении шпура. Также в некоторых частных вариантах может быть использована смесь материалов, выбранных из группы, включающей песок, молотый мрамор, молотый известняк, молотый доломит для дополнительного усиления заявленных эффектов.

Заявляемая композиция для приготовления забоечного материала для изоляции заряда взрывчатых веществ содержит цемент в количестве 40-50 масс. %, выполняющий роль вяжущего компонента, который обеспечивает сцепление заполнителя и твердение забоечного материала с повышением прочности и образованием монолитного материала, что повышает эффективность запирания заряда взрывчатых веществ и изоляции продуктов детонации в выработке. При уменьшении количества заполнителя менее 40 масс. % снижается прочность получаемого забоечного материала, так как при постоянном содержании заполнителя ухудшается сцепление частиц заполнителя между собой, так как при недостаточном количестве цемента снижается степень обволакивания частиц заполнителя вяжущим веществом, в результате чего в монолитном материале образуются слабые места из скоплений частиц заполнителя не покрытых цементом, что снижает прочность забоечного материала, уменьшает его сопротивляемость ударным нагрузкам и повышает риск трещинообразования, тем самым снижая эффективность запирания заряда взрывчатых веществ и изоляции продуктов детонации в шпуре. При увлечении количества цемента более 50 масс. % значительно повышается риск растрескивания материала и снижается его прочность, так как большее количество цемента требует большего количества воды для твердения забоечного материала, в результате чего увеличивается усадка материала при высыхании, что приводит к формированию трещин как в объеме самого материала, так и в местах его контакта с стенками шпура, тем самым снижая эффективность запирания заряда взрывчатых веществ и изоляции продуктов детонации в выработке.

В предпочтительных вариантах цемент представляет собой материал или смесь материалов, выбранных из группы, включающей портландцемент, глиноземистый цемент, что дополнительно повышает эффективность запирания заряда взрывчатых веществ и изоляции продуктов детонации. Предпочтительное использование в составе композиции портландцемента, который благодаря своему составу отличается повышенной прочностью, монолитностью, а также высокой скоростью схватывания, дополнительно повышает эффективность запирания заряда взрывчатых веществ и изоляции продуктов детонации в выработке, а также удобство использования композиции. Кроме того, портландцемент хорошо сочетается с различными добавками, что позволяет придавать забоечному материалу необходимые характеристики. В частных вариантах в составе композиции может быть использован портландцемент бездобавочный марки 500, портландцемент типа ЦЕМ I класса прочности 42,5 нормальнотвердеющий, портландцемент типа ЦЕМ I класса прочности 52,5 нормальнотвердеющий. В других предпочтительных вариантах возможно использование в составе композиции глиноземистого цемента без снижения прочностных характеристик получаемого забоечного материала. Предпочтительное использование глиноземистого цемента дополнительно повышает скорость набора прочности на ранних этапах твердения забоечного материала, что также дополнительно повышает удобство использования композиции ускоряя проведение взрывных работ. Также в некоторых частных вариантах может быть использована смесь портландцемента и глиноземистого цемента для дополнительного усиления заявленных эффектов.

Заявляемая композиция для приготовления забоечного материала для изоляции заряда взрывчатых веществ содержит суперпластификатор в количестве 0,1-0,3 масс. %, который снижает водопротребность композиции, тем самым, снижая водно-цементное соотношение, что необходимо для увеличения прочности забоечного материала, так как уменьшение количества воды снижает усадку материала при высыхании и риск формирования трещин, тем самым повышая прочность забоечного материала, а также скорость набора прочности (схватывания), и как следствие повышая эффективность запирания заряда взрывчатых веществ и изоляции продуктов детонации в выработке, а также удобство использования композиции. Кроме того, наличие суперпластификатора в составе также повышает подвижность забоечного материала после гидратации композиции, что позволяет ему эффективно заполнять возможные неровности и трещины в скважине, тем самым улучшая сцепление материала со стенками скважины при застывании, и как следствие повышая эффективность запирания заряда взрывчатых веществ и изоляции продуктов детонации в шпуре. Использование в составе композиции суперпластификатора в количестве менее 0,1 масс. % не оказывает влияния на прочностные характеристики получаемого забоечного материала, а также на его сцепление со стенками скважины. При увлечении количества суперпластификатора более 0,3 масс. % значительно снижается скорость схватывания материала, и как следствие удобство использования композиции, а также сильно повышается подвижность материала с последующим возможным его расслоением, что также снижает прочность, и как следствие эффективность запирания заряда взрывчатых веществ и изоляции продуктов детонации в выработке.

Суперпластификатор представляет собой поликарбоксилатный суперпластификатор, который, например, в отличие от пластифицирующих добавок на основе нафталина и меламина, обладает высокой интенсивностью водопонижения, что повышает прочность забоечного материала, а также скорость набора прочности, что повышает эффективность запирания заряда взрывчатых веществ и изоляции продуктов детонации в выработке, а также удобство использования. Кроме того, поликарбоксилатный пластификатор хорошо сочетается с различными добавками, что позволяет придавать материалу забойки необходимые характеристики.

Заявляемая композиция для приготовления забоечного материала для изоляции заряда взрывчатых веществ содержит золошлаковый материал в количестве 2-10 масс. %, который повышает плотность забоечного материала, за счет снижения водоотделения и расслаиваемости, и как следствие повышает прочность, что позволяет эффективно запирать заряд взрывчатых веществ в шпуре и изолировать продукты детонации. Кроме того, золошлаковый материал в заявляемом количестве также выполняет роль вяжущего компонента, наряду с цементом, что позволяет снизить количество цемента в композиции, тем самым снизить усадку забоечного материала и риск трещинообразования без потери прочностных качеств, что также повышает эффективность запирания заряда взрывчатых веществ и изоляции продуктов детонации в выработке. Использование золошлакового материала в составе композиции в количестве менее 2 масс. % не оказывает влияния на прочностные характеристики забоечного материала. При увлечении количества золошлакового материала более 10 масс. % значительно снижается плотность материала из-за большого водосодержания, повышается риск растрескивания материала при усадке и снижается его прочность, так как большее количество золошлакового материала требует большего количества воды для твердения забоечного материала, в результате чего увеличивается усадка материала, что приводит к формированию трещин при высыхании, тем самым снижая эффективность запирания заряда взрывчатых веществ и изоляции продуктов детонации в шпуре.

Золошлаковый материал представляет собой материал или смесь материалов, выбранных из группы, включающей золу-уноса, шлак, что повышает эффективность запирания заряда взрывчатых веществ и изоляции продуктов детонации. В одних вариантах золошлаковый материал представляет собой золу-уноса, которая способна связывать свободную известь, образующуюся в процессе гидратации цемента при получении забоечного материала, тем самым, снижая пористость и повышая плотность материала и повышая его прочность на изгиб и сжатие, и как следствие повышая эффективность запирания заряда взрывчатых веществ и изоляции продуктов детонации в выработке. Кроме того, зола-уноса является мелкодисперсным материалом, в отличие от шлаков, что улучшает ее вяжущие свойства, облегчает обволакивание частиц заполнителя и скрепление их между собой, тем самым повышая прочность забоечного материала, а также эффективность запирания заряда взрывчатых веществ и изоляции продуктов детонации в шпуре. Наряду с предпочтительных использованием золы-уноса возможно использование шлака в качестве золошлакового материала шлака без снижения прочностных характеристик получаемого забоечного материала. Также в некоторых частных вариантах может быть использована смесь золы-уноса и шлака или золошлаковые смеси теплоэлектростанций для дополнительного усиления заявленных эффектов.

Заявляемая композиция для приготовления забоечного материала для изоляции заряда взрывчатых веществ содержит эфир целлюлозы в количестве 0,1-0,4 масс. %, который выполняет водоредуцирующую функцию, снижая водопотребность композиции для приготовления забоечного материала, что уменьшает его усадку и вероятность деформации и формирования трещин с понижением прочности, а также позволяет увеличить вязкость композиции после гидратации, что предотвращает его расслаивание и потерю прочности, тем самым, повышая эффективность запирания заряда взрывчатых веществ и изоляции продуктов детонации в выработке. Использование эфира целлюлозы в составе композиции в количестве менее 0,1 масс. % не способствует улучшению прочностных характеристик получаемого забоечного материала. При увлечении количества эфира целлюлозы более 0,4 масс. % значительно снижается прочность забоечного материала в связи с увеличенным водопоглощением эфиром целлюлозы, в результате чего композиция плохо пропитывается водой, повышается хрупкость забоечного материала и снижается его прочность, что также снижает эффективность запирания заряда взрывчатого вещества и изоляции продуктов детонации в шпуре.

Эфир целлюлозы предпочтительно представляет собой вещество или смесь веществ, выбранных из группы, включающей гидроксипропилметилцеллюлозу (ГПМЦ), гидроксиэтилметилцеллюлозу (ГЭМЦ), что дополнительно повышает эффективность запирания заряда взрывчатых веществ и изоляции продуктов детонации в шпуре. Предпочтительное использование ГПМЦ в составе композиции дополнительно стабилизирует воздушные поры в вмеси после ее смачивания, что дополнительно уменьшает усадку забоечного материала. В других предпочтительных вариантах возможно использование ГЭМЦ в составе заявляемой композиции без снижения прочностных характеристик получаемого забоечного материала, а также для дополнительного повышения термостабильности забоечного материала при проведении работ при высоких температурах, что дополнительно повышает удобство использования композиции. Также, в некоторых частных вариантах может быть использована смесь ГПМЦ и ГЭМЦ для дополнительного усиления заявленных эффектов.

Заявляемая композиция для приготовления забоечного материала для изоляции заряда взрывчатых веществ содержит редиспергируемый полимерный порошок (РПП) в количестве 0,1-0,5 масс. %, который за счет образования полимерных «мостиков» в порах материала при высыхании забоечного материала выполняет роль вяжущего компонента, повышая прочность материала, а также повышает адгезию забоечного материала к стенкам скважины за счет образования полимерных «мостиков» на его поверхности материала, контактирующей со стенками шпура, что повышает надежность их скрепления, улучшает адгезию, тем самым значительно повышая эффективность изоляции продуктов детонации в выработке. Использование РПП в составе композиции в количестве менее 0,1 масс. % не способствует улучшению адгезии получаемого забоечного материала, а также незначительно снижает пористость забоечного материала. При увлечении количества РПП более 0,5 масс. % значительно снижается прочность забоечного материала, повышается его хрупкость, так как повышается риск коагуляции частиц полимерного порошка при смачивании смеси композиции и формируются зоны в затвердевшем материале, подверженные разрушению при нагрузке.

Редиспергируемый полимерный порошок предпочтительно представляет собой вещество, выбранное из группы, включающей винилацетат/акриловый сополимер, винилверсатат/акриловый сополимер, что дополнительно повышает эффективность запирания заряда взрывчатых веществ и изоляции продуктов детонации. В одних предпочтительных вариантах РПП может представлять собой винилацетат/акриловый сополимер, который дополнительно повышает адгезию забоечного материала к стенкам скважины за счет небольшого размера молекулы и дополнительного увеличения количества полимерных «мостиков» на поверхности материала, контактирующей со стенками шпура, что дополнительно повышает эффективность запирания заряда взрывчатых веществ и изоляции продуктов детонации. В других предпочтительных вариантах возможно использование винилверсатат-акрилового сополимера в составе заявляемой композиции без снижения адгезии получаемого забоечного материала к стенкам скважины.

Заявляемая композиция для приготовления забоечного материала для изоляции заряда взрывчатых веществ содержит ускоряющую схватывание добавку (ускоритель схватывания) в количестве 0,3-2,0 масс. %, которая способствует ускорению схватывания композиции при ее взаимодействии с водой, что также ускоряет и набор прочности забоечного материала, тем самым, повышая удобство использования заявляемой композиции, сокращая сроки забойки скважины и взрывных работ. Использование ускоряющей схватывание добавки в составе композиции в количестве менее 0,1 масс. % не оказывает влияния на скорость схватывания забоечного материала. При увлечении количества ускоряющей схватывание добавки более 2,0 масс. % значительно снижается эффективность запирания заряда взрывчатых веществ и изоляции продуктов детонации в выработке, так как увеличение количества такой добавки может привести к чрезмерному расширению забоечного материала в шпуре, что повышает давление материала и стенок скважины друг на друга, приводя к трещинам, тем самым снижая прочность материала. Опытным путем также было установлено, что при содержании ускоряющей схватывание добавки в составе композиции в количестве 0,3-2,0 масс. % обеспечивается оптимальная скорость схватывания забоечного материала, а также обеспечивается возможность регулирования скорости схватывания для разных условий работ. Кроме того, опытным путем было также выявлено, что имеется взаимосвязь между сроком схватывания и прочностью забоечного материала для изоляции взрывчатых веществ - чем быстрее схватывается состав, тем выше будет его прочность на сжатие, таким образом, наличие в составе композиции ускоряющей схватывание добавки в количестве 0,3-2,0 масс. % также повышает прочность забоечного материала, тем самым повышая эффективность запирания заряда взрывчатых веществ и изоляции продуктов детонации в шпуре.

Ускоряющая схватывание добавка предпочтительно представляет собой вещество, выбранное из группы, включающей сульфат алюминия, карбонат калия, хлорид натрия, что дополнительно повышает эффективность запирания заряда взрывчатых веществ и изоляции продуктов детонации. В одних предпочтительных вариантах в качестве ускоряющей схватывание добавки может быть использован сульфат алюминия, который уплотняет структуру и предотвращает испарение влаги из забоечного материала, твердеющего в воздушных условиях, что дополнительно снижает его пористость и увеличивает плотность, таким образом, дополнительно повышая первоначальную прочность материала. При взаимодействии с водой сульфат алюминия способен заполнять поры забоечного материала аморфным гидроксидом алюминия, что также дополнительно повышает его первоначальную прочность. Кроме того, сульфат алюминия при взаимодействии с цементом формирует кристаллическую фазу эттрингита, формирование которого ускоряет схватывание бетона и дополнительно повышает его прочность на начальных этапах твердения, что дополнительно повышает удобство использования композиции за счет сокращения срока забойки скважины и взрывных работ, а также способствует расширению бетона, которое вызывает в нем сжимающие усилия, уменьшающие растягивающие напряжения, связанные с усадкой от высыхания, что способствует дополнительному уменьшению трещинообразования и усадки забоечного материала при высыхании. Использование сульфата алюминия в составе композиции также обеспечивает дополнительное количество ионов алюминия и сульфат-ионов в цементирующем растворе, способствуя, таким образом, увеличению количества образующихся кристаллических сульфоалюминатов, дополнительно повышающих первоначальную прочность забоечного материала, дополнительно ускоряя его схватывание. Наряду с предпочтительным использованием сульфата алюминия в качестве ускоряющей схватывание добавки, предпочтительное использование карбоната калия (поташа) или хлорида натрия также дополнительно ускоряет схватывание забоечного материала, дополнительно повышая удобство использования композиции, а также эффективность запирания заряда взрывчатых веществ и изоляции продуктов детонации.

Предпочтительные примеры компонентных составов композиции для приготовления забоечного материала для изоляции заряда взрывчатых веществ представлены в таблицах 1-2, где содержание каждого компонента в композиции указано в масс. %.

Таблица 1.

Компонент Образец №1 Образец №2 Образец №3 Образец №4 Образец №5 Заполнитель 48,35 40,40 47,05 44,75 49,29 Цемент 40,00 50,00 46,00 50,00 45,00 Суперпластификатор 0,15 0,30 0,15 0,30 0,11 Золошлаковый материал 10,00 7,00 5,00 4,00 4,00 Эфир целлюлозы 0,20 0,10 0,10 0,15 0,30 Редиспергируемый полимерный порошок 0,30 0,20 0,20 0,30 0,50 Ускоряющая схватывание добавка 1,00 2,00 1,50 0,50 0,80

Таблица 2.

Компонент Образец №6 Образец №7 Образец №8 Образец №9 Заполнитель 43,55 50,00 40,00 42,50 Цемент 47,00 46,70 49,00 48,00 Суперпластификатор 0,25 0,20 0,10 0,20 Золошлаковый материал 7,00 2,00 8,60 7,30 Эфир целлюлозы 0,10 0,40 0,25 0,35 Редиспергируемый полимерный порошок 0,10 0,40 0,35 0,35 Ускоряющая схватывание добавка 2,00 0,30 1,70 1,30

Предпочтительный вариант приготовления заявляемой композиции представляет собой способ, при котором заполнитель, цемент и золошлаковый материал в расчетных количествах смешивают в смесителе. Затем к смеси добавляют суперпластификатор, эфир целлюлозы, редиспергируемый полимерный порошок и ускоряющую схватывание добавку и перемешивают до получения однородной смеси. Готовую композицию затем помещают в оболочку, выполненную в виде рукава из тканого, или нетканого, или трикотажного проницаемого для жидкостей материала, и на концах рукава выполняют торцевое закрепление. Для запирания заряда взрывчатых веществ и изоляции продуктов детонации в выработке готовую оболочку с композицией (забойку) опускают в емкость с жидкостью до полного погружения, не допуская перегибов примерно на 40-60 секунд, после этого производят на оболочке продольный разрез, необходимый для того, чтобы обеспечить максимальное сцепление забоечного материала с стенками скважины, и, не допуская просыпания смеси, размещают забойку в шпуре, при необходимости аккуратно уплотняя забойку забойником. При затвердевании забойка расширяется, обеспечивая уплотнение, надежное закрепление забоечного материала в устье шпура и запечатывание взрывчатого вещества. Затем осуществляют подрыв заряда в шпуре.

Достижение заявленного технического результата подтверждено проведенными испытаниями, результаты которых представлены в таблице 3.

Таблица 3.

Образец Адгезия к бетону через 1
час, МПа Начало схватывания/конец схватывания, сек Прочность на сжатие через 10 минут, МПа Прочность на сжатие через 20 минут, МПа Прочность на сжатие через 30 минут, МПа Прочность на сжатие через 1 час, МПа 1 0,7 75/110 2,6 3,0 3,5 4,1 2 0,6 40/70 3,1 3,8 4,0 5,0 3 0,6 60/95 2,8 3,4 3,7 4,3 4 0,7 100/180 2,8 3,3 3,7 4,4 5 1,0 100/170 2,5 3,0 3,4 4,1 6 0,5 40/65 3,1 3,9 4,0 4,9 7 0,9 110/200 2,5 2,9 3,4 4,0 8 0,8 50/80 3,0 3,7 4,0 4,8 9 0,8 70/100 2,6 3,1 3,6 4,3

Исследование свойств забоечного материала, приготовленного из заявляемой композиции, проводили для всех указанных в таблицах 1-2 образцов. Все образцы за счет наличия в составе композиции редиспергируемого полимерного порошка в количестве 0,1-0,5 масс. %, показали повышенную адгезию к бетону в среднем 0,7 МПа, что позволяет более эффективно запирать заряд взрывчатых веществ в шпуре и изолировать продукты детонации. Кроме того, исследования времени схватывания образцов и прочности на сжатие показали, что представленные образцы имеют начало времени схватывания не позднее 110 секунд и конец схватывания не позднее 200 секунд, за счет наличия в составе композиции ускоряющей схватывание добавки в количестве 0,3-2,0 масс. %, что повышает удобство использования заявляемой композиции. Кроме того, заявляемый состав композиции для приготовления забоечного материала для изоляции взрывчатых веществ в выработке, содержащий заполнитель, цемент, суперпластификатор, золошлаковый материал, эфир целлюлозы, редиспергируемый полимерный порошок, ускоряющую схватывание добавку, при заявляемом соотношении компонентов, проявляет прочность на сжатие через 10 минут после гидратации не менее 2,5 МПа, а через 1 час не менее 4,0 МПа, что говорит о быстрой скорости набора прочности забоечного материала, быстром его схватывании, а также показывает высокие значения прочности в ранние сроки, что важно для эффективного запирания заряда взрывчатых веществ и изоляции продуктов детонации и позволяет проводить взрывные работы уже спустя 15-20 минут после установки забойки в шпуре, что повышает удобство использования заявляемой композиции.

Исходя из представленных результатов испытаний образцов также было выявлено, что срок схватывания и прочность забоечного материала для изоляции взрывчатых веществ связаны - чем быстрее схватывается состав, тем выше будет его прочность на сжатие, таким образом, наличие в составе композиции ускоряющей схватывание добавки в количестве 0,3-2,0 масс. % также повышает прочность забоечного материала, тем самым повышая эффективность запирания заряда взрывчатых веществ и изоляции продуктов детонации.

В предпочтительных вариантах сравнимые результаты испытаний показали также различные частные варианты состава композиции, в котором в качестве заполнителя был использован материал или смесь материалов, выбранных из группы, включающей песок, молотый мрамор, молотый известняк, молотый доломит, в качестве цемента - материал или смесь материалов, выбранных из группы, включающей портландцемент, глиноземистый цемент, поликарбоксилатный пластификатор, в качестве золошлакового материала - материал или смесь материалов, выбранных из группы, включающей золу-уноса, шлак, в качестве эфира целлюлозы - вещество или смесь веществ, выбранных из группы, включающей ГПМЦ, ГЭМЦ, в качестве РПП - вещество, выбранное из группы, включающей винилацетат/акриловый сополимер, винилверсатат/акриловый сополимер, и в качестве ускоряющей схватывание добавки - вещество, выбранное из группы, включающей сульфат алюминия, карбонат калия, хлорид натрия.

Заявляемое техническое решение может применяться для приготовления забоечного материала для изоляции заряда взрывчатых веществ в выработке и характеризуется повышенной прочностью готового материала, скоростью схватывания и адгезии, и как следствие высокой эффективностью запирания заряда взрывчатых веществ и изоляции продуктов детонации в выработке, а также удобством использования.

Представленные примеры составов композиции для приготовления забоечного материала для изоляции заряда взрывчатых веществ, а также способы приготовления и использования не исчерпывают возможные варианты исполнения и не ограничивают каким-либо образом объем заявляемого технического решения. Возможны иные варианты исполнения в объеме заявляемой формулы.

Изобретение относится к взрывным работам в горной промышленности при закрытом способе добычи. Технический результат - повышение эффективности запирания заряда взрывчатых веществ и изоляции продуктов детонации в выработке, удобство использования. Композиция для приготовления забоечного материала для изоляции заряда взрывчатых веществ содержит, мас.%: заполнитель 40-50; цемент 40-50; поликарбоксилатный суперпластификатор 0,1-0,3; золошлаковый материал 2-10; эфир целлюлозы 0,1-0,4; редиспергируемый полимерный порошок 0,1-0,5; ускоряющая схватывание добавка 0,3-2,0. Золошлаковый материал представляет собой материал или смесь материалов, выбранных из группы, включающей золу-уноса, шлак. 5 з.п. ф-лы, 3 табл.

1. Композиция для приготовления забоечного материала для изоляции заряда взрывчатых веществ, содержащая заполнитель, цемент, суперпластификатор, золошлаковый материал, эфир целлюлозы, редиспергируемый полимерный порошок, ускоряющую схватывание добавку при следующем соотношении компонентов, мас.%:

заполнитель 40-50 цемент 40-50 суперпластификатор 0,1-0,3 золошлаковый материал 2-10 эфир целлюлозы 0,1-0,4 редиспергируемый полимерный порошок 0,1-0,5 ускоряющая схватывание добавка 0,3-2,0,

при этом суперпластификатор представляет собой поликарбоксилатный суперпластификатор, а золошлаковый материал представляет собой материал или смесь материалов, выбранных из группы, включающей золу-уноса, шлак.

2. Композиция по п. 1, отличающаяся тем, что заполнитель представляет собой материал или смесь материалов, выбранных из группы, включающей песок, молотый мрамор, молотый известняк, молотый доломит.

3. Композиция по п. 1, отличающаяся тем, что цемент представляет собой материал или смесь материалов, выбранных из группы, включающей портландцемент, глиноземистый цемент.

4. Композиция по п. 1, отличающаяся тем, что эфир целлюлозы представляет собой вещество или смесь веществ, выбранных из группы, включающей гидроксипропилметилцеллюлозу, гидроксиэтилметилцеллюлозу.

5. Композиция по п. 1, отличающаяся тем, что редиспергируемый полимерный порошок представляет собой вещество, выбранное из группы, включающей винилацетат/акриловый сополимер, винилверсатат/акриловый сополимер.

6. Композиция по п. 1, отличающаяся тем, что ускоряющая схватывание добавка представляет собой вещество, выбранное из группы, включающей сульфат алюминия, карбонат калия, хлорид натрия.